بهینه سازی فرآیند و تجزیه و تحلیل عملکرد اکستروژن لوله تیتانیوم Ti-B25

به منظور تسریع در کاربرد آلیاژ تیتانیوم Ti-B25 در سیستم های ارتباطی کشتی، این مطالعه از نرم افزار المان محدود DEFORM-3D برای شبیه سازی فرآیند اکستروژن لوله در شرایط دمای تغییر شکل 900 استفاده کرد. درجه و نرخ کرنش 0.1 s^-1 بر اساس معادله سازنده ایجاد شده در مرحله اولیه و پارامترهای فرآیند بهینه‌سازی شده توسط نمودار کار داغ، و آن را از طریق آزمایش‌های اکستروژن واقعی تأیید کرد. نتایج نشان می‌دهد که تحت این شرایط فرآیند، یک بیلت لوله تیتانیوم Ti-B25 با قطر 62 میلی‌متر × 12 میلی‌متر با کیفیت سطح عالی و دانه‌های تبلور مجدد در ساختار با موفقیت اکسترود شد. پس از عملیات پیری محلول در 830 درجه /1 ساعت + 600 درجه /8 ساعت، بیلت لوله تطابق بسیار خوبی با استحکام و انعطاف پذیری نشان داد که به طور کامل الزامات استفاده از لوله های آنتن کشتی را برآورده می کرد.

I. ساخت مدل المان محدود
1. مدل هندسی
شکل 1 یک نمودار شماتیک از بیلت اکسترود شده و قالب را نشان می دهد. مدل سه بعدی بیلت، سیلندر اکستروژن و میله اکستروژن با استفاده از نرم افزار SolidWorks ساخته شد و به یک فایل STL تبدیل شد که با نرم افزار DEFORM-3D قابل تشخیص است.

به منظور بهبود راندمان محاسباتی، تنها 1/4 لوله به خوبی مش بندی شد (شکل 2 را ببینید) تا از دقت و همگرایی فرآیند شبیه سازی اطمینان حاصل شود.

2. مدل سازنده
بر اساس مطالعه قبلی در مورد رفتار تغییر شکل در دمای بالا آلیاژ تیتانیوم Ti-B25، این شبیه‌سازی از یک معادله ساختاری خاص استفاده می‌کند (فرمول خاص در اینجا حذف شده و در قالب یک تصویر نمایش داده می‌شود)، که به دقت رفتار رئولوژیکی را توصیف می‌کند. مواد در دماها و نرخ کرنش های مختلف.

3. تنظیم پارامتر
با توجه به نمودار پردازش حرارتی آلیاژ تیتانیوم Ti-B25، دمای تغییر شکل 900 درجه و نرخ کرنش 0.1 ثانیه^{5}} انتخاب شده است. . در همان زمان، ضریب اصطکاک بین بیلت و قالب روی 0.3 و هدایت حرارتی روی 5 تنظیم می شود. فرآیند شبیه سازی از اندازه گام 0.5 میلی متر، در مجموع 600 مرحله استفاده می کند و داده ها هر بار ذخیره می شوند. 2 مرحله برای اطمینان از جامع بودن نتایج شبیه سازی.

II. نتایج شبیه سازی و تجزیه و تحلیل
1. تجزیه و تحلیل میدان استرس
شکل 3 توزیع میدان تنش بیلت های تیتانیوم آلیاژ Ti-B25 را در مراحل مختلف در طول فرآیند اکستروژن نشان می دهد. در مرحله اولیه، تنش بزرگ در سر و دم لوله متمرکز می شود. با پیشرفت اکستروژن، پس از ورود قسمت جلویی به لوله اکستروژن، تنش به طور قابل توجهی افزایش می یابد و پس از عبور از تسمه اندازه، تنش به سرعت آزاد می شود. حداکثر تنش معادل همچنان در شعاع قالب اکستروژن ظاهر می شود.

2. تجزیه و تحلیل میدان کرنش
شکل 4 تغییرات میدان کرنش را در طول فرآیند اکستروژن نشان می دهد. کرنش اولیه کوچک است و با عبور لوله از تسمه اندازه‌گیری، کرنش به‌شدت افزایش می‌یابد، به‌ویژه در شعاع تسمه اندازه‌گیری، که به راحتی یک منطقه مرده تغییر شکل تشکیل می‌دهد و باید توجه ویژه‌ای داشت.

3. تجزیه و تحلیل میدان دما
شکل 5 توزیع میدان دما را در طول فرآیند اکستروژن نشان می دهد. در مرحله اولیه، سطح بیلت لوله به دلیل تبادل حرارت سرد می شود و قسمت تغییر شکل به دلیل تبدیل کار تغییر شکل پلاستیک به انرژی گرمایی گرم می شود و در نتیجه میدان دمایی ناهموار جدی ایجاد می شود. بالاترین و کمترین اختلاف دما 170 درجه است که نشان می دهد دمای تغییر شکل باید به شدت کنترل شود و طراحی قالب باید بهینه شود.

III. آزمایش اکستروژن لوله
1. ارزیابی کیفیت سطح
این آزمایش از پارامترهای دمای تغییر شکل 900 درجه، نرخ کرنش 0.1 ثانیه^{3}} و سرعت اکستروژن 50 میلی‌متر بر ثانیه برای اکستروژن استفاده می‌کند. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، لوله اکسترود شده دارای صافی بالا و سطح صاف است، اما ایرادات جزئی در قسمت جلویی به دلیل افت ناگهانی دما و تغییر شکل ناپایدار وجود دارد که یک پدیده طبیعی است.

2. خواص مکانیکی دمای اتاق
از طریق درمان پیری محلول جامد، لوله آلیاژ تیتانیوم Ti-B25 تطابق بسیار خوبی با استحکام و انعطاف پذیری نشان می دهد و الزامات دقیق لوله های آنتن کشتی را برآورده می کند. این نتیجه صحت شبیه‌سازی عددی و منطقی بودن پارامترهای فرآیند را تأیید می‌کند.